WO2018219863A1 - Exoskelett zur entlastung des körpers - Google Patents

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WO2018219863A1
WO2018219863A1 PCT/EP2018/063927 EP2018063927W WO2018219863A1 WO 2018219863 A1 WO2018219863 A1 WO 2018219863A1 EP 2018063927 W EP2018063927 W EP 2018063927W WO 2018219863 A1 WO2018219863 A1 WO 2018219863A1
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exoskeleton
locking
joint
exoskeleton according
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PCT/EP2018/063927
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Johann Bernhardt
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Johann Bernhardt
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Definitions

  • the present invention generally relates to
  • Invention can also find its application as a fitness device or in the private sector. In the foreground, however, is the industrial application.
  • Exoskeletons are mechanical or mechatronic devices and represent a relatively new topic.
  • First devices have already been developed for military (e.g., WO 2015/157803 AI) and medical (e.g., US 2014/0142475 AI) purposes. These are usually constructed mechatronically and thereby generate additional power, which gives the wearer an advantage.
  • the arms and legs are supported by actuators, which makes it possible to carry loads with less effort.
  • the invention therefore has the task of providing an exoskeleton to solve the problems in the industry as well as in the private sector.
  • exoskeleton in particular passive exoskeleton, comprising a mechanical structure, characterized in that the structure is designed for carrying under a flexible textile, in particular under a user's pants, that the load of the user when sitting or Squatting is transmitted from the legs to the textile, in particular pants that carries the user, and the textile, in particular pants, the resulting load on the underlying mechanical structure passes.
  • the subject of the invention is therefore a use of an exoskeleton, in particular a passive exoskeleton, having a
  • the advantage is obtained that the load is not as usual from the body of a person wearing the exoskeleton, ie the user, directly (usually very punctual or regionally
  • Exoskeleton with the body can cause significant skin irritation, bruising but also a numbness in the affected body areas.
  • the load of the user's body is first transferred directly to the flexible textiles under which the exoskeleton is worn, and from there only by tensile loading of the textile on the exoskeleton.
  • the inside of the textile, in particular trousers, is thus in contact or connected with the mechanics of the exoskeleton.
  • the exoskeleton can be present completely separate from the textile, ie the textile can be detached and removed from the exoskeleton or slide over the exoskeleton.
  • the exoskeleton may also be connected to it on the inside of the textile. Also this connection can with appropriate realization
  • the user is therefore very comfortable z. B. in his pants and is held by the mechanical (support) structure of the exoskeleton.
  • the invention thus allows a long and above all comfortable sitting or squatting.
  • the textile of the pants must be sufficiently dimensioned for the expected load and / or the range of load transfer of the structure must be adjusted according to the resilience of the fabric of the pants.
  • the flexibility of the textile in an advantageous way, wearing, because it ensures that the pants can also cling to those areas of the structure, which are mainly used for load transfer between pants and structure.
  • the mechanical structure is basically worn under the textile, in particular pants or
  • the exoskeleton without straps or straps, etc., for direct attachment to those points of the thigh, possibly even lower leg gets along, where the load transfer between pants and mechanical structure takes place.
  • the mechanical structure has an upper retaining bracket, which for the front side encompassing at least one Part of the thigh of the user, in particular extending from the outer side of the thigh to the front of the thigh is formed.
  • the upper headband thus extends only from the lateral side to the front of the thigh and spans the front region of the thigh
  • Thigh e.g. the front thigh muscle towards the inside of the thigh.
  • the other areas the
  • Bracket carries under load the main load, which depends on the textile, such. As pants, is transferred to the mechanical structure.
  • the mechanical structure may comprise a lower retaining bracket, which is designed for the rear-side encompassing of at least a part of the lower leg of the user, in particular extending from the outer side of the lower leg to the rear side of the lower leg.
  • the lower retainer extends only from the lateral side to the back of the lower leg and spans the rear of the lower leg, e.g. the calf muscle, in the direction of the inside of the lower leg. However, he leaves the other areas (the inside and the front) of the thigh free.
  • the lower headband is optional and can contribute to better distribution of load transfer to the pants as well as increased comfort.
  • the mechanical structure has a locking joint, which connects the upper headband to the lower headband in an articulated manner.
  • the orientation or position of the Arretiergelenks in the mechanical structure is chosen so that when planned wearing the
  • the locking joint is positioned laterally corresponding to a knee joint of the user, in particular right outside next to the right knee joint or left outside next to the left knee joint.
  • the upper headband and / or the lower headband are ergonomic
  • Integral design are formed. This significantly improves the wearing comfort and allows a barely perceptible wearing under the (work) trousers when unloaded.
  • the upper headband is directly connected to the upper end of the locking joint and the lower headband directly to the lower end of the locking joint.
  • Retaining clip adapted to the body shape and hugs
  • a preferably tubular, rod-shaped or rod-shaped upper strut is provided, which holds the upper retaining clip.
  • the upper headband is preferred
  • the upper strut is formed variable in length, which is a flexible adaptation to a wide variety of body sizes but also individual leg lengths, especially an individual
  • the upper strut is connected to an upper hinge shoulder of the locking joint.
  • the connection may be fixed or detachable, so that replacement of the upper strut or also of the locking joint, e.g. for service or repair purposes.
  • the exoskeleton can also have a, preferably tubular, rod or bar-shaped, lower strut, which holds the lower headband.
  • the upper strut and the lower strut can be made variable in length, which in particular allows adaptation to an individual lower leg anatomy as well as wearing preferences of the user.
  • the lower strut is with a lower joint approach of the
  • Locking joint connected.
  • the connection can be fixed or detachable, so that an exchange of the lower strut or the Arretiergelenks, z. B. for service or repair purposes, is possible.
  • the lower portion of the structure of the exoskeleton has a foot buckle.
  • the foot buckle can be freely suspended and flexibly attached. Through them the exoskeleton can be positioned close and correct to the body. Likewise, it prevents uncontrolled swinging while walking and ensures a secure positioning of the base of the exoskeleton on the floor.
  • the structure has at its lower end a support foot, which is designed in such a manner that a support arm extends behind the foot of the user during ground contact and load application.
  • This can be rotational and / or translational from top to bottom, from below upwards or sideways.
  • the center of gravity is further offset in the middle, whereby a possible falling over to the rear should be prevented.
  • the locking joint is designed such that it is in a
  • the activated mode for limiting the free movement of the knee joint of the user is formed.
  • the user In order to stay in a sitting or squatting position, the user locks the locking joint. The unlocking is done automatically depending on the training when getting up or manually.
  • the locking joint is designed such that it allows in an inactive mode, a free movement of the knee joint of the user. In the unlocked state, the exoskeleton thus allows unimpeded locomotion with the legs.
  • the locking joint has a locking device
  • the mechanical structure of the exoskeleton is essentially two-piece.
  • the structure is provided separately for each leg of the user.
  • the upper headband are designed to be interchangeable with each other so that they serve in the replaced state to the rear side encompassing of at least a portion of the thigh of the user.
  • the headband can thus be converted into seatbelts.
  • a functional rotary or push button for activating or deactivating the locking joint is provided in the exoskeleton.
  • the functional rotary or push button is by means of a pulling mechanism or pull rope with the locking joint and its
  • the locking device By pressing the rotary or push button, the locking device can be actuated via the traction cable mechanism or the traction cable. It is irrelevant where the clothing of the user of the rotary or push button is attached. At any rate, it has proved to be particularly advantageous for me that the rotary or pushbutton is designed for one-handed operation. This training greatly facilitates the handling of the exoskeleton. It allows z. B. that the user can change his attitude (sitting or squatting position) while he / she z. B. in the other hand, so that hand with which the rotary or push button is just not being operated, holding an object in position or just holding a tool.
  • a strap may be provided on the exoskeleton, the strap holding the exoskeleton in a preset position on the body of the user.
  • the upper strut and the upper headband by means of a flexible or rigid connection to the belt, particularly preferably in a lateral position on the body of the user, mounted.
  • the belt can therefore be worn over clothing, so outside the clothing, such. B. at the hip or the stomach spanning.
  • the belt to fix the rotary pushbutton on the user's body, preferably at the hip, particularly preferably in a central position, most preferably in a lateral position on the user's body.
  • Fig. 1 exoskeleton 1 in 3D view
  • Fig. 2 exoskeleton 1 under a flexible textile
  • Fig. 3 simplified kinematic view of forces
  • FIG. 4 simplified lateral representation of the parts of the exoskeleton
  • Fig. 5 Simplified lateral presentation in ergonomic
  • FIG. 8 front view of the retaining clip with textiles
  • Fig. 10 retaining brackets in ergonomic integral design
  • Fig. 11 seat brackets in ergonomic integral design
  • Fig. 13 length-adjustable strut by means of pins
  • Fig. 14 length-adjustable strut by means of shaping
  • Fig. 16 exploded view of the locking joint
  • Fig. 17 Detailed view of the locking mechanism in side view
  • Fig. 18 release lever with guide element
  • Fig. 21 exploded view of the locking joint with Switzerlandseilmechanismus
  • Fig. 26 General view of the locking and releasing mechanism on the belt
  • Fig. 28 Front view of the locking mechanism on the belt
  • Fig. 31 three-dimensional view of the optional support leg
  • Fig. 32 Section view of the optional support leg.
  • This invention serves to relieve the human body in any standing and sitting position. The burden is thereby transferred from the legs to a mechanical structure 1.
  • the user sits down in a flexible carrying device 33 and is held by the mechanical support structure 1.
  • This is basically under the pants, see Fig. 2 housed, whereby the exoskeleton 1 is barely recognizable from the outside.
  • a version over the clothing is also possible.
  • the user locks the exoskeleton with the aid of a functional knob 38 which locks the exoskeleton
  • Locking mechanism see Fig. 17 in the hinge mechanism 34 triggers.
  • unlocking takes place automatically when standing up or manually again.
  • the system can be adapted to any body size.
  • the structure also works without batteries or additional energy sources.
  • this exoskeleton 1 can also be used as a training device during work. You sit with the help of this exoskeleton 1, as on a gym ball and thereby supports the back muscles during use.
  • the invention is a passive exoskeleton which is a support mechanism similar to a mobile chair.
  • the exoskeleton aids the user in standing, squatting and sitting by transferring the load from the legs to the mechanical structure 1 at any one time. The user sits down in one
  • Carrying device 33 consisting of soft and flexible textiles 35.
  • This flexible carrying device e.g. a pair of pants, see Fig. 2
  • a mechanical support structure 1 thereby offering a comfortable and ergonomic seating.
  • the angular position of the joint e.g. Knee joint, it is freely selectable and any position, from standing, over sitting, to squat, are possible.
  • the user is no longer exposed to long-term and exhausting positions during the work and a symptom-free, longer and more productive work is made possible. Due to the upright posture and the freedom of movement when using the exoskeleton, certain muscle parts can be trained while sitting.
  • Clothing is attached.
  • this invention it is also possible with this invention to vary the exoskeleton so that it can be worn outside the clothing.
  • the retaining clips 61 are converted into seatbelts 70 or an additional carrier material, comparable to a seat belt, is attached.
  • the locking knob 38 is located on a belt 36, like a belt buckle and has several functions.
  • a push button 37 is mounted centrally, which lock the joints 34, which are connected via ropes 75 with the locking device on the hinge, or fix the angle. Turning on the outer edge of the knob 38, so unlock the joints again. This is done via a locking mechanism, see FIG. 17, in the joint mechanism 34.
  • the wearing feeling is comparable to a conventional one
  • Trousers whether in locked or unlocked state.
  • the wearer can also remain standing in a slightly ajar position, relieving the joints and muscles, as if leaning against a wall.
  • the height of the struts 58, 71 can be set as desired. This is done by a pressure at a certain pressure point on the mechanism, see FIG. 13 and FIG. 14th
  • the uncomplicated design without batteries or additional energy sources allows a 24 hours / 7 days use. In comparison to common active systems, the initial costs can be reduced enormously.
  • Fig. 1 shows the complete structure of the exoskeleton in the 3D view without flexible textiles.
  • Fig. Figure 2 shows the mechanical support mechanism under the flexible textile.
  • the exoskeleton 1 is placed under the pants 33 and this carries the user.
  • Fig. 3 shows a simplified kinematic view of the action of forces. That the distribution of forces from the body to the mechanical structure 1.
  • the load of the user is transferred from the legs to the flexible textile when sitting or squatting.
  • the textile transfers the resulting load to the underlying or associated mechanical structure 1. Due to the locking of the joints, the load is led further to the ground and thereby leads to a relief of the body.
  • Fig. 4 shows the side view of the exoskeleton 1 and a simplified representation of the individual parts. Shown are several individually modifiable elements, which follow parallel to the anatomical bone structure of the leg and are thus created on its side.
  • Fig. 5 shows the lateral view of the exoskeleton 1 and a
  • Locking joint 34 is located outside at the level of the human knee joint.
  • the lower elements 72 follow the anatomy of the leg and extend laterally curved over the posterior region of the lower leg to the floor. At these elements foot buckles 55 are attached and there may be more
  • Fig. 6 shows the three-dimensional view of the exoskeleton 1 and a simplified representation of the individual parts. A high variation in the design is possible as long as the mechanical basic structure or its functionality is retained.
  • the upper headband 61 is attached over the thigh. He transmits the load on the remaining mechanism 1.
  • the load of the body is on the flexible holding device, eg. A pants 33 or seat belt 33, taken over and forwarded to the upper 61 and lower bracket 74.
  • the upper strut 58 holds the upper headband 61. This consists of several elements, whereby it can be changed in length Fig. 13, Fig. 14, which allows adaptation to different body sizes. In the activated mode Fig. 20, the locking joint 34 prevents a free
  • the locking joint 34 consists of the upper hinge lug 60, in which the holding function is integrated, and the connecting elements for the upper struts 58 / headband 61.
  • the upper hinge lug 60 is connected to the lower hinge extension 73, which in turn via more
  • the struts 58, 71 consist of several elements, whereby a change in their length is made possible and the exoskeleton 1 can thus be adapted to different body sizes. Furthermore, the foot buckles 55 and the support leg 86, as well as other functional elements can be attached to the lower strut 71.
  • the foot buckles 55 are freely swinging and flexibly mounted.
  • the exoskeleton 1 can be positioned close to and correctly on the body. Likewise, it prevents uncontrolled swinging while walking and ensures a secure positioning of the base (see Fig. 29) on the ground.
  • the support leg (see Fig. 30) is on the leg, so the lower
  • Strut 71 attached, it should be prevented from falling over to the rear.
  • the center of gravity is moved by the extendable or foldable mechanism (see Fig. 31), which allows a better grip while sitting.
  • Fig. 7 shows the three-dimensional view of the exoskeleton 1 and a
  • the upper ergonomically curved retaining clip 59 fulfills several functions in one component. He takes over the applied load from the flexible holding device 33, creates a connection to the locking joint 34 and protects against external force. By construction with less
  • the lower ergonomically curved mounting bracket 72 also fulfills several functions in one component by means of integral construction. He takes over the applied load from the lower part of the flexible holding device 33 and connecting locking joint 34, foot buckles 55, stand 39 and support leg 86 together.
  • Fig. 8 shows the front view of the retaining clip with textiles.
  • Upper 61 and lower headband 74 consist of a fixed support element which is fitted above and / or below with textiles 35 which are breathable, comfortable and non-abrasive for the skin of the user.
  • the advantage of positioning above the thigh is high comfort, since the user in the flexible holding device, such. As a pants 33, hangs and this forms according to the individual body and thereby the occurrence of pressure points, as in common seat brackets, is avoided.
  • the upper headband 61 is mounted on the thigh and directly under the pants 33. If the user goes into a sitting position, the load of his body is first distributed to the flexible textile 33. The applied forces on the pants 33 are now taken over by two brackets 61, 74 and passed over the rest of the support structure to the ground.
  • the upper retaining clip 61 can also be attached separately to the length-adjustable upper strut 58. It can be set to be either above or below the
  • FIG. 9 illustrates this alternative application of the retaining clip as a seat bracket 70th
  • Fig. 10 shows the headband in ergonomic
  • Fig. 11 shows the headband as a seat post in ergonomic
  • Fig. Figure 12 shows the anti-skid buffer 85 made of a shock absorbing material. This will when walking and / or
  • Fig. 13 shows the length-adjustable strut 58, 71 by means of pin 40.
  • the struts 58, 71 in the To be adjusted longer.
  • the exoskeleton 1 can be quickly adapted to any body size.
  • Fig. 14 shows the length-adjustable strut 58, 71 by means of shaping 41.
  • Forming 41 remain the struts 58, 71 in the set length.
  • Fig. 15 shows a simplified illustration of the locking joint 34 with gear mechanism. The toothing and locking of the
  • Arretiergelenks 34 takes place by blocking the rotary axis, similar to the function of a ratchet.
  • the locking joint 34 consists of several parts:
  • Pawl 65 which locks the lower hinge projection 73 and thus the joint 34.
  • One side 67 is provided with teeth and the other 66 smooth.
  • the pawl 65 is always kept in the set position.
  • the joint 34 is engaged or unlocked, depending on the setting on
  • the spring 52 which is attached to the upper hinge extension 60, presses a small ball 56 or a lever on the pawl 65 and thereby holds the set position.
  • the pull cable 75 serves for the mechanical connection of the belt 36 to the respective joint 34.
  • the upper hinge lug 60 holds the pawl 65 and the spring 52 together and connects them via a freely rotating pin or a
  • the release lever 51 is attached to the pawl 65 and serves as an automatic mechanism for unlocking the lock seen in FIG. 20, which is triggered when the user is upright. If the user stands up and thereby the angle between the upper 60 and lower hinge projection 73 becomes smaller, then the angle attached to the lower hinge projection 73 rotates
  • the guide element 54 serves for the automatic unlocking of the previously locked joint to be seen in FIG. 20. It can be designed as a simple round pin.
  • Another function is to set the lock and retain the desired angle even during and after standing upright.
  • the lower joint projection 73 is initially free to swing. If a posture is taken, one locks the pawl 65 on the cable mechanism to see in FIG. 28th
  • Arretianss constitutive Biology 44 prevents movement or rotation of the lower hinge extension 73 beyond the angle now set. However, free movement / rotation from upright to the set angle is possible.
  • a return mechanism such as a spring 52 or magnet, holds the locking interface 44 at the same angle as the lower hinge extension 73, thus following the positioning of the user's limbs.
  • Fig. 16 shows the simplified illustration of the locking joint 34 with gear mechanism in an exploded view.
  • Fig. 17 shows a detailed view of the locking mechanism in side view.
  • Fig. 18 shows the three-dimensional view of the unlocking lever 51
  • Fig. 19 shows the detailed illustration of
  • Fig. 20 shows the sectional view of the locking joint mechanism in the locked state.
  • Fig. 21 shows the exploded view of the locking joint 34 with pull-rope mechanism. It is a tension-based mechanical structure consisting of several parts:
  • the lower hinge extension 73 is connected to the lower strut 71. About a freely superimposed connection 44, this is also connected as a hinge with the upper joint extension 60. A groove 57 on the round head 45 of the lower hinge extension 73 serves to guide the pull cable 53. A recess 57 provides space for mechanical, electrical or
  • pneumatic / hydraulic energy storage 50 or a combination of these.
  • the locking slide 69 moves in a predefined guide 46 of the upper hinge extension 60 and holds in the locked state, the pull cable 53 and thus the set angle. Between the upright position (angle 0 °) and the set angle X (for example 90 °), the user or the joint can move freely.
  • Tension springs 63, 64 serve to tighten the cable 53 and retract the locking slide 69 in the unlocked state.
  • Fig. 22 shows the side view of the pull cord mechanism of the locking joint 34. If the pawl 65 is moved or rotated by means of a mechanism, depending on the structure, this prevents a displacement of the locking slide 69, whereby the angle is adjusted. The system is unlocked when the contact is canceled, z. B. by turning the knob 38 or pressing the push button 37 depending on the setting.
  • the Sperrkl inke 65 is attached to the upper hinge extension 60 and is held by a spring 52 so that either the joint is released or locked, depending on the system structure. Parallel and / or opposite to the
  • Fulcrum of the pawl 65 is a pull mechanism 76, which can be seen from the belt mechanism countermovement to the spring 52 in FIG. 26 executes.
  • Energy storage 50 such as leaf springs, on the one hand used as a damper, on the other hand, they also serve as support in
  • the lower hinge extension 73 has several functions: connection to the lower strut 71; rotary joint in cooperation with the upper joint lug 60; Holding and position guidance of the rope 53; Suspension and additional force application when getting up, by means of energy storage 50, such as.
  • the guide for the locking slide 46 on the upper hinge extension 60 can be made at different angles and positions, as seen in FIG. 23, Fig. 24 and FIG. 25. It can be set above or below the locking slide 69 and the associated pawl 65. This can in turn be mounted either above or below the locking slide.
  • a lever arm 47 takes over the resulting forces from the energy storage 50 in the lower hinge extension 73 and transmits them to the upper 60.
  • the force adjustment can be varied by the lever arm 47 is placed in different recesses 48 or stronger / weaker
  • FIG. 23 shows the alternative positioning of the guide of the
  • Locking slide 46 in which the locking slide 69 is located obliquely below the pawl 65.
  • Fig. 24 shows the alternative positioning of the guide of the
  • Locking slide 46 in which the locking slide 69 is located horizontally above the pawl 65.
  • Fig. 25 shows the alternative positioning of the guide of the
  • Locking slide 46 in which the locking slide 69 is located horizontally below the pawl 65.
  • Fig. Fig. 26 shows the overall view of the locking and releasing mechanism on the belt 36, which can be operated with one hand.
  • a mechanical knob 38 and / or a push button 37 are attached to the belt 36. These are connected to pull cables 76, which are tightened or loosened mechanically or electrically. These traction cables 76 are connected to the respective joints and their
  • a belt 36 holds the controls 37, 38 on the body and fixes the mechanism 1.
  • Flexible or solid connections 78 to the upper struts 58 and brackets 61, 59 are also attached to the belt 36. These hold the exoskeleton 1 in the set position on the body.
  • FIG. 27 shows the cross-section of the side view of the detent mechanism on the strap 36.
  • FIG. 28 shows the detailed front view of the
  • the knob 38 is rotated and released by pressing the push button 37 again, or vice versa, the push button to lock the angle of the joint easy, or to solve 37 pressed so that the joint is locked, which can be solved by turning the knob 38 again, or in both cases a push button 37 or knob 38 is used.
  • the knob 38 is provided with a structure / nubs 79 for a better grip on the outside.
  • In the inner bulge is the
  • the push button 37 which serves as a ratchet wheel 68, we held by means of a return spring 80 in the locked position in which the teeth 81 of the knob 38 are located. Pressing the push button 37, it shifts into the interior of the knob 38, where no teeth of 81 are. As a result, the knob 38 can move back / turn back to its original position and, depending on the setting, unlocked or locked the associated joint.
  • Gears 81 between the knob 38 and push button 37 hold the pull cable 76 and thus allow, depending on the function, the locking or release of the joints.
  • the teeth 81 allow rotation in one direction only and thus obstruct the other.
  • this functionality can also be achieved with constructive measures that a linear
  • the return spring 80 has the task of the push button 37 to move outward again in the region of the teeth 81 of the rotary knob 38.
  • Fig. 29 shows the simplified representation of the base or the mode of operation of the support foot 86
  • Support arm 84 shown, which is retracted when not loaded.
  • Fig. 30 shows the simplified representation of the base or the operation of the support leg 86. It is illustrated how the
  • Support arm 84 when loading the mechanics extends.
  • Fig. 31 shows the three-dimensional view of the kinematics of the
  • the stand 39 is the resulting load of the body, which was taken over the mechanics or the exoskeleton 1 on the floor, from. At the lowest end is a damper made of rubber or other shock-absorbing Materiealien.
  • a mechanical support arm 84 extends behind the human foot. This can be rotational and / or translational from top to bottom, from bottom to top or side. As a result, the center of gravity is further offset in the middle, whereby a possible falling over to the rear should be prevented.
  • Fig. 32 shows the sectional view of the kinematics of the structure of the optional support leg 86.
  • This consists of two components, the base 39 and the standing device 82, which can move into one another. Presses the stand 39 in the standing device 82, the integrated spring 83 is compressed. When pressing the support arm 84 moves over a designated Kinematics off. The movement takes place translationally and / or rotationally until the support arm 84 reaches the floor and thus serves as an extended standing device for the exoskeleton 1.
  • the base 39 and the standing device 82
  • shock absorbing elements attached.

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Abstract

Exoskelett, insbesondere passives Exoskelett, aufweisend eine mechanische Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur derart zum Tragen unter einer flexiblen Textilie, insbesondere unter einer Hose, eines Anwenders ausgebildet ist, dass die Last des Anwenders beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die Textilie übertragen wird, die den Anwender trägt, und die Textilie die anfallende Last auf die darunterliegende bzw. damit verbundene mechanische Struktur weitergibt.

Description

Titel
Exoskelett zur Entlastung des Körpers.
Beschreibung Technisches Feld
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf
Exoskelette und im Besonderen auf das Entlasten des Körpers, sowie das
Belasten spezifischer Körperregionen bzw. der Muskulatur, wodurch die
Erfindung auch als Fitnessgerät bzw. im Privatbereich seine Anwendung finden kann. Im Vordergrund steht jedoch die industrielle Anwendung .
Hintergrund
Exoskelette sind mechanische oder mechatronische Vorrichtungen und stellen dabei ein relativ neues Themengebiet dar. Erste Geräte wurden bereits für militärische (z.B. WO 2015/157803 AI) und medizinische (z. B. US 2014/0142475 AI) Zwecke entwickelt. Diese sind meist mechatronisch aufgebaut und erzeugen dadurch zusätzliche Kraft, die dem Träger einen Vorteil verschafft. Arme und Beine werden dabei durch Aktoren unterstützt, was es ermöglicht, Lasten mit weniger Anstrengung zu tragen. Obgleich ein industrieller Gebrauch bislang kaum im Fokus der Entwicklungen stand, bietet sich in diesem Feld eine enorme Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten.
Komplexere Arbeitsabläufe können von Robotern noch in Jahren nicht bewältigt werden. Im Zusammenspiel mit der derzeitigen demographischen Entwicklung, werden Arbeitnehmer bis ins hohe Alter körperlichen Belastungen ausgesetzt sein, was mit entsprechenden Ausfällen verbunden ist. Um diesem negativen Trend entgegen zu wirken, muss dem Menschen mittels technischer Lösungen geholfen werden. Exoskelette sind somit ein unabdingbares Hilfsmittel und werden in Zukunft einen hohen Stellenwert im Arbeitsalltag einnehmen.
Muskelprobleme aufgrund von Über- bzw. Unterforderung entstehen bei langfristig einseitig ausgeführten Bewegungsabläufen während der Arbeit oder auch im Alltag. Sportgeräte werden genutzt, um dieser Problematik entgegenzuwirken. Viele Menschen verbringen ihre wenige Freizeit jedoch anderweitig, beispielsweise zur Erholung, und kümmern sich nicht um einen entsprechenden sportlichen Ausgleich.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Exoskelett zur Lösung der angesprochenen Probleme in der Industrie wie auch im privaten Bereich bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Exoskelett gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Gegenstand der Erfindung ist daher ein Exoskelett, insbesondere passives Exoskelett, aufweisend eine mechanische Struktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur derart zum Tragen unter einer flexiblen Textilie, insbesondere unter einer Hose eines Anwenders ausgebildet ist, dass die Last des Anwenders beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die Textilie, insbesondere Hose übertragen wird, die den Anwender trägt, und die Textilie, insbesondere Hose, die anfallende Last auf die darunterliegende mechanische Struktur weitergibt.
Diese Aufgabe wird zudem durch eine Verwendung gemäß Anspruch 23 gelöst. Der Gegenstand der Erfindung ist daher eine Verwendung eines Exoskeletts, insbesondere eines passiven Exoskeletts, aufweisend eine
mechanische Struktur unter einer flexiblen Textilie, insbesondere einer Hose eines Anwenders, sodass die Last des Anwenders beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die Textilie übertragen wird, die den Anwender trägt, und die Textilie die anfallende Last auf die darunterliegende mechanische Struktur weitergibt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist der Vorteil erhalten, dass die Last nicht wie üblich vom Körper einer Person, die das Exoskelett trägt, also vom Anwender, direkt (meist sehr punktuell oder bereichsweise
konzentriert) auf das Exoskelett übertragen wird, das außerhalb der Kleidung des Anwenders angebracht ist. Dies ist insofern nachteilig, weil die Kleidung hierbei zwischen der tragenden Struktur des Exoskeletts (ggf. auch Bändern oder
Manschetten usw. zur eng anliegenden Befestigung am Körper) und dem Körper des Anwenders eingequetscht wird . Die Kleidung wirft dort meist unangenehm wahrnehmbare Falten, die auf Dauer zu einer massiven, sehr konzentrierten Belastung des menschlichen Gewebes führen. Gleiche Problem gehen mit gängigen Sitzbügeln einher. Es ist somit ein langanhaltendes Verharren in einer bestimmten Hock- oder Sitzposition kaum möglich, weil im Bereich der Befestigung des Exoskeletts am Körper oder beim Zusammenwirken des
Exoskeletts mit dem Körper erhebliche Hautirritation, Quetschungen aber auch ein Taubheitsgefühl in den betroffenen Körperbereichen auftreten kann.
In Abkehr davon wird gemäß der technischen Lehre der Erfindung auf vorteilhafte Weise die Last des Körpers des Anwenders zunächst direkt auf die flexible Textilien, unter der das Exoskelett getragen wird, und von dort erst durch Zugbelastung der Textilie auf das Exoskelett übertragen. Die Innenseite der Textilie, insbesondere Hose, ist also mit der Mechanik des Exoskeletts in Kontakt bzw. damit verbunden. Dabei kann das Exoskelett beispielsweise vollständig separat von der Textilie vorliegen, also die Textilie losgelöst vom Exoskelett an- und ausgezogen werden bzw. über das Exoskelett gleiten. Das Exoskelett kann jedoch auch an der Innenseite der Textilie mit ihr verbunden sein. Auch diese Verbindung kann bei entsprechender Realisierung ein
aneinander Gleiten von Exoskelett und Textilie während der Benutzung oder zum An- und Ausziehen der Textilie ermöglichen.
Der Anwender setzt sich also ganz bequem z. B. in seine Hose und wird dabei durch die mechanische (Trage-)Struktur des Exoskeletts gehalten. Dabei wird die Druckbelastung an der Hinterseite der Beine großflächig über den Stoff der Hose verteilt, was vom Anwender als sehr angenehm wahrgenommen wird . Die Erfindung erlaubt somit ein langes und vor allem bequemes Sitzen bzw. Hocken.
Ob dann die Zugbelastung in der Hose punktuell oder flächig auf die tragendes Struktur des Exoskeletts übertragen wird, ist nur insofern von
Bedeutung, als dass das Textil der Hose für die zu erwartende Belastung ausreichend dimensioniert sein muss und / oder der Bereich der Lastübertragung der Struktur entsprechend an die Belastbarkeit des Textils der Hose angepasst sein muss. Auch hier kommt der Flexibilität des Textils auf vorteilehafte Weise zum Tragen, weil sie dafür sorgt, dass sich die Hose auch an jene Bereiche der Struktur anschmiegen kann, die zur Lastübertragung zwischen Hose und Struktur vorwiegend zum Einsatz kommen.
Hervorzuheben ist hier ganz besonders, dass die mechanische Struktur grundsätzlich unter der Textilie, insbesondere Hose getragen bzw.
verwendet wird, wodurch das Exoskelett von außen kaum erkennbar ist. Dies bringt mehrere Vorteile mit sich. So ist der Einsatzbereich des Exoskeletts wesentlich erweitert. Da das Exoskelett im Beinbereiche ja zwischen der Hose und dem Bein des Anwenders, also unter der Hose oder in anderen Worten darunter getragen wird, ragen - mit Ausnahme eines Standfußes zum Übertragen der Last auf den Boden - keine sperrigen Komponenten des Exoskeletts über die Kleidung (Hose) des Anwenders hinaus. Dies trägt wesentlich zur
Arbeitssicherheit bei, weil gewöhnliche Bewegungsabläufe ermöglicht, ohne dauern Gefahr zu laufen, an irgendwelchen Gegenständen in z.B. einer
Montagehalle hängen zu bleiben. Auch kann das unter der Hose Tragen die Zuverlässigkeit der Funktion der mechanischen Struktur erheblich verbessern, weil die Struktur z. B. vor Staub wie auch anderen nachteiligen Umwelt- bzw. Umgebungs-Einflüssen durch die üblicherweise robuste Ausbildung der Hose geschützt ist. Die verhältnismäßig schlanke und platzsparende Ausbildung der mechanischen Struktur erlaubt somit auch den problemlosen Einsatz unter Spezialkleidungen, wie etwas in gefährlichen Arbeitsumgebungen oder im
Katastrophenschutz, und zwar ohne, dass spezielle Vorkehrungen an dem
Exoskelett selbst getroffen werden müssten, da die darüber getragene
Schutzkleidung ja das Exoskelett schützt.
Zudem erlaubt gerade die passive Ausbildung des Exoskeletts, also der Verzichte auf elektrischen Antrieb, elektronische Steuerung und elektrische Energiespeicher, insbesondere in rauen und gefährlichen Einsatzbereichen, lang andauernde Einsatzzeiten, deren Dauer nur durch die menschliche
Leistungsfähigkeit zeitliche begrenzt ist.
Vorteilhaft hervorzuheben ist auch, dass das Exoskelett ohne Bänder oder Riemen usw. zur direkten Befestigung an jenen Stellen des Oberschenkels, ggf. auch Unterschenkels auskommt, wo die Lastübertragung zwischen Hose und mechanischer Struktur stattfindet.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung . Vorteile, die im Zusammenhang mit den Merkmalen einer Kategorie der Ansprüche angeführt sind, treffen auch auf korrespondierende Anspruchsmerkmale einer anderen Kategorie zu. Auch können die im Zusammenhang mit einer Kategorie angeführten Merkmale entsprechend auf eine andere Kategorie übertragen werden.
Gemäß einem ersten Aspekt weist die mechanische Struktur einen oberen Haltebügel auf, der zum vorderseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Oberschenkels des Anwenders, insbesondere verlaufend von der äußeren Seite des Oberschenkels hin zur Vorderseite des Oberschenkels ausgebildet ist. Der obere Haltebügel erstreckt sich also nur von der lateralen Seite hin zur Vorderseite des Oberschenkels und überspannt den vorderen Bereich des
Oberschenkels, z.B. den vorderen Oberschenkelmuskel in Richtung hin zu der Innenseite des Oberschenkels. Er lässt jedoch die anderen Bereiche (die
Innenseite selbst und die Rückseite) des Oberschenkels frei. Der obere
Haltebügel trägt unter Belastung die Hauptlast, die von der Textilie, wie z. B. Hose, auf die mechanische Struktur übertragen wird .
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die mechanische Struktur einen unteren Haltebügel aufweisen, der zum hinterseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Unterschenkels des Anwenders, insbesondere verlaufend von der äußeren Seite des Unterschenkels hin zur Hinterseite des Unterschenkels ausgebildet ist. Der untere Haltebügel erstreckt sich also nur von der lateralen Seite hin zur Rückseite des Unterschenkels und überspannt den hinteren Bereich des Unterschenkels, z.B. den Wadenmuskel, in Richtung hinzu der Innenseite des Unterschenkels. Er lässt jedoch die anderen Bereiche (die Innenseite selbst und die Vorderseite) des Oberschenkels frei. Der untere Haltebügel ist optional und kann zu einer besseren Verteilung der Lastübertragung auf die Hose wie auch zu einem erhöhten Tragekomfort beitragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die mechanische Struktur ein Arretiergelenk auf, das den oberen Haltebügel mit dem unteren Haltebügel gelenkig verbindet. Die Orientierung bzw. Lage des Arretiergelenks in der mechanischen Struktur ist so gewählt, dass bei planmäßigem Tragen des
Exoskeletts das Arretiergelenk seitlich korrespondierend zu einem Kniegelenk des Anwenders positioniert ist, insbesondere rechts außen neben dem rechten Kniegelenk bzw. links außen neben dem linken Kniegelenk.
Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erweisen, dass der obere Haltebügel und / oder der untere Haltebügel in ergonomischer
Integralbauweise ausgebildet sind. Dies verbessert den Tragekomfort wesentlich und erlaubt im unbelasteten Zustand ein kaum wahrnehmbares Tragen unter der (Arbeits-)Hose. In dieser Ausbildung wird der obere Haltebügel direkt mit dem oberen Ende des Arretiergelenk und der untere Haltebügel direkt mit dem unteren Ende des Arretiergelenks verbunden. z. B. mit verriegelbaren
Steckverbindungen. Von dem Arretiergelenk ausgehend ist der jeweilige c
- b -
Haltebügel an die Körperform angepasst ausgebildet und schmiegt sich
ergonomisch eng anliegend an den Körper des Anwenders.
Gemäß einer anderen Ausbildung des Exoskeletts ist eine, bevorzugt röhren-, Stangen- oder stabförmig ausgebildete, obere Strebe vorgesehen, die den oberen Haltebügels hält. Dabei ist der obere Haltebügel bevorzugt
unverrückbar und auch unverdrehbar an der oberen Strebe befestigt.
Besonders bevorzugt ist die obere Strebe in ihrer Länge veränderbar ausgebildet, was eine flexible Anpassung an unterschiedlichste Körpergrößen aber auch individuelle Beinlängen, insbesondere eine individuelle
Oberschenkelanatomie ermöglicht.
Die obere Strebe ist mit einem oberen Gelenksansatz des Arretiergelenks verbunden. Die Verbindung kann fix oder lösbar sein, sodass ein Austausch der oberen Strebe oder auch des Arretiergelenks, z.B. für Serviceoder Reparaturzwecke, ermöglicht ist.
Analog zur oberen Strebe kann das Exoskelett auch eine, bevorzugt röhren-, Stangen- oder stabförmig ausgebildete, untere Strebe aufweisen, die den unteren Haltebügel hält.
Unabhängig von oder auch zusammen mit der oberen Strebe kann auch die untere Strebe in ihrer Länge veränderbar ausgebildet sein, was insbesondere eine Anpassung an eine individuelle Unterschenkelanatomie wie auch an Trage-Präferenzen des Anwenders erlaubt.
Die untere Strebe ist mit einem unteren Gelenksansatz des
Arretiergelenks verbunden. Die Verbindung kann fix oder lösbar sein, sodass ein Austausch der unteren Strebe oder auch des Arretiergelenks, z. B. für Service- oder Reparaturzwecke, ermöglicht ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist der untere Bereich der Struktur des Exoskeletts eine Fußschnalle auf. Die Fußschnalle kann freischwingend und flexibel angebracht sein. Durch sie kann das Exoskelett nahe und korrekt am Körper positioniert werden. Ebenso wird durch sie ein unkontrolliertes Schwingen beim Gehen verhindert und eine sichere Positionierung des Standfußes des Exoskeletts auf dem Boden gewährleistet.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Struktur an ihrem unteren Ende einen Stützfuß auf, der derart ausgebildet ist, dass bei Bodenberührung und Lasteinwirkung hinter dem Fuß des Anwenders ein Stützausleger ausfährt. Dies kann rotatorisch und/oder translatorisch von oben nach unten, von unten nach oben oder seitlich erfolgen. Dadurch wird der Schwerpunkt weiter in die Mitte versetzt, wodurch ein mögliches Umfallen nach hinten unterbunden werden soll .
Gemäß einem weiteren Aspekt hat es ich als besondere vorteilhaft weisen, dass das Arretiergelenk derart ausgebildet ist, dass es in einem
aktivierten Modus zum Begrenzen der freien Bewegung des Kniegelenks des Anwenders ausgebildet ist. Um in einer sitzenden oder hockenden Position zu verweilen, arretiert der Anwender das Arretiergelenk. Die Entriegelung erfolgt je nach Ausbildung automatisch beim Aufstehen oder manuell .
Zudem ist das Arretiergelenk derart ausgebildet ist, dass es in einem inaktiven Modus eine freie Bewegung des Kniegelenks des Anwenders ermöglicht. Im nicht arretierten Zustand gestattet das Exoskelett also eine ungehinderte Fortbewegung mit den Beinen.
Das Arretiergelenk weist als Arretiervorrichtung einen
Verzahnungsmechanismus oder einen Zugseilmechanismus auf, der eine
Sperrklinke zur Realisierung des aktivierten Modus aufweist. Auf die
Komponenten der Arretiervorrichtung ist nachfolgend in der detaillierten
Figurenbeschreibung eingegangen.
Um eine Unterstützung für jedes Bein zu erhalten ist die mechanische Struktur des Exoskelett im Wesentlichen zweiteilige aufgebaut. Es ist also die Struktur für jedes Bein des Anwenders separat vorgesehen.
Vor diesem Hintergrund kann es von Vorteil sein, wenn die oberen Haltebügel derart gegeneinander austauschbar ausgebildet sind, dass sie im ausgetauschten Zustand zum hinterseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Oberschenkels des Anwenders dienen. Die Haltebügel lassen sich somit zu Sitzbügeln umfunktionieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist bei dem Exoskelett ein funktionaler Dreh- oder Druckknopf zum Aktivieren bzw. Deaktivieren des Arretiergelenks vorgesehen. Der funktionale Dreh- oder Druckknopf ist mit Hilfe eines Zugmechanismus bzw. Zugseils mit dem Arretiergelenk und dessen
Arretiervorrichtung verbunden. Durch Betätig des Dreh- oder Druckknopfs lässt sich über den Zugseilmechanismus bzw. das Zugseil die Arretiervorrichtung betätigen. Dabei ist es unerheblich, wo an der Kleidung des Anwenders der Drehoder Druckknopf befestigt ist. Als besonders vorteilhaft hat es ich jedenfalls erwiesen, dass der Dreh- oder Druckknopf zur Einhand-Bedienung ausgebildet ist. Diese Ausbildung erleichtert die Handhabung des Exoskeletts erheblich. Sie erlaubt z. B., dass der Anwender seine Haltung (Sitz- oder Hockposition) verändern kann, während er / sie z. B. in der anderen Hand, also jener Hand, mit welcher der Dreh- oder Druckknopf eben gerade nicht bedient wird, einen Gegenstand in Position hält oder einfach nur ein Werkzeug hält.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann bei dem Exoskelett ein Gurt vorgesehen sein, wobei der Gurt das Exoskelett in einer voreingestellten Position am Körper des Anwenders hält. Insbesondere ist die obere Strebe bzw. der obere Haltebügel mit Hilfe einer flexiblen oder festen Verbindung am Gurt, besonders bevorzugt in seitlicher Position am Körper des Anwenders, angebracht. Der Gurt kann daher über der Kleidung, also außerhalb der Kleidung getragen werden, wie z. B. an der Hüfte oder den Bauch umspannend .
In diesem Zusammenhang hat es sich auch als vorteilhaft erweisen, dass der Gurt den Dreh- Druckknopf am Körper des Anwenders befestigt, bevorzugt an dessen Hüfte, besonders bevorzugt in zentraler Position, ganz besonders bevorzugt in seitlicher Position am Körper des Anwenders lokalisiert. Figurenkurzbeschreibung
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Dabei sind in den
verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Es zeigen auf schematische Weise:
Fig . 1 Exoskelett 1 in 3D-Ansicht;
Fig . 2 Exoskelett 1 unter einer flexiblen Textilie;
Fig . 3 Vereinfachte kinematische Ansicht der Kräfteeinwirkung;
Fig . 4 Vereinfachte seitliche Darstellung der Einzelteile des Exoskeletts ; Fig . 5 Vereinfachte seitliche Darstellung in ergonomischer
Integralbauausführung;
Fig . 6 Vereinfachte dreidimensionale Darstellung der Einzelteile des
Exoskeletts;
Fig . 7 Dreidimensionale Darstellung in ergonomischer
Integralbauausführung; Fig . 8 Frontansicht des Haltebügels mit Textilien;
Fig . 9 Alternative Anwendungen des Haltebügels als Sitzbügel;
Fig . 10 Haltebügel in ergonomischer Integralbauausführung;
Fig . 11 Sitzbügel in ergonomischer Integralbauausführung;
Fig . 12 Antirutschpuffer;
Fig . 13 Längenverstellbare Strebe mittels Pins;
Fig . 14 Längenverstellbare Strebe mittels Formgebung;
Fig . 15 Arretiergelenk mit Verzahnungsmechanismus im entrasteten
Zustand;
Fig . 16 Explosionsansicht des Arretiergelenks;
Fig . 17 Detaillierte Darstellung des Arretiermechanismus in Seitenansicht;
Fig . 18 Entsperrhebel mit Führungselement;
Fig . 19 Detaillierte Darstellung des Winkeleinrastmechanismus;
Fig . 20 Arretiergelenksmechanik im arretierten Zustand;
Fig . 21 Explosionsansicht des Arretiergelenks mit Zugseilmechanismus;
Fig . 22 Seitenansicht des Zugseilmechanismus des Arretiergelenkes;
Fig . 23 Sperrschlittenführung diagonal am oberen Gelenkansatz;
Fig . 24 Sperrschlittenführung waagrecht im oberen Bereich des oberen
Gelenkansatzes;
Fig . 25 Sperrschlittenführung waagrecht im unteren Bereich des oberen
Gelenkansatzes;
Fig . 26 Gesamtansicht des Arretier- und Lösemechanismus am Gurt;
Fig . 27 Querschnitt der Seitenansicht des Auslösemechanismus der
Arretierung am Gurt;
Fig . 28 Frontansicht des Auslösemechanismus der Arretierung am Gurt;
Fig . 29 Darstellung der Funktionsweise des Stützfußes - Stützausleger nicht belastet;
Fig . 30 Darstellung der Funktionsweise des Stützfußes - Stützausleger
belastet;
Fig . 31 dreidimensionale Ansicht des optionalen Stützfußes;
Fig . 32 Schnittansicht des optionalen Stützfußes.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Diese Erfindung, ein passives Exoskelett, dient zur Entlastung des menschlichen Körpers in beliebigen Stand- und Sitzpositionen. Die Last wird dabei von den Beinen auf eine mechanische Struktur 1 übertragen. Der
Anwender setzt sich dafür in eine flexible Tragevorrichtung 33 und wird dabei durch die mechanische Tragestruktur 1 gehalten. Diese wird grundsätzlich unter der Hose, siehe Fig . 2 untergebracht, wodurch das Exoskelett 1 von außen kaum erkennbar ist. Eine Ausführung über der Kleidung ist jedoch ebenso möglich. Um in einer sitzenden oder hockenden Position zu verweilen, arretiert der Benutzer das Exoskelett mit Hilfe eines funktionalen Drehknopfes 38, der den
Sperrmechanismus siehe Fig . 17 in der Gelenkmechanik 34 auslöst. Die
Entriegelung erfolgt, je nach Ausführung, automatisch beim Aufstehen oder wiederum manuell . Durch Verstellen der Streben 58, 71, kann das System an beliebige Körpergrößen angepasst werden. Der Aufbau funktioniert weiters ohne Batterien oder zusätzliche Energiequellen.
Durch die spezielle Bauweise und Art der Nutzung kann dieses Exoskelett 1 auch als Trainingsgerät während der Arbeit genutzt werden. Man sitzt mit Hilfe dieses Exoskeletts 1, wie auf einem Gymnastikball und unterstützt dadurch die Rückenmuskulatur während der Nutzung .
Bei der Erfindung handelt es sich um ein passives Exoskelett, welches einen Trägermechanismus darstellt, vergleichbar mit einem mobilen Stuhl . Das Exoskelett unterstützt den Benutzer beim Stehen, Hocken und Sitzen, indem es zu einem beliebigen Zeitpunkt die Last von den Beinen auf die mechanische Struktur 1 überträgt. Der Nutzer setzt sich dabei in eine
Tragevorrichtung 33, bestehend aus weichen und flexiblen Textilien 35. Diese flexible Tragevorrichtung, z.B. eine Hose, siehe Fig . 2, wird wiederum durch eine mechanische Tragestruktur 1 gehalten und bietet dadurch eine bequeme und ergonomische Sitzmöglichkeit. Die Winkelposition des Gelenks, z.B. Kniegelenk, ist dabei frei wählbar und jegliche Positionen, angefangen vom Stehen, über das Sitzen, bis hin zur Hocke, sind möglich. Somit ist der Nutzer keinen langfristigen und kräftezehrenden Positionen während der Arbeit mehr ausgesetzt und ein beschwerdefreieres, längeres und produktiveres Arbeiten wird ermöglicht. Durch die aufrechte Sitzhaltung und den Bewegungsspielraum bei der Nutzung des Exoskeletts, können gewisse Muskelpartien während des Sitzens trainiert werden.
Alle mechanischen Elemente sind unter der Arbeitshose 33, herausstehende Rahmenteile werden vermieden. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung des Sicherheitsfaktors und der Benutzerfreundlichkeit, im Vergleich zu vorhandenen Systemen, bei denen die Konstruktion vorwiegend über der
Kleidung angebracht wird. Es ist jedoch auch bei dieser Erfindung möglich, das Exoskelett so zu variieren, dass es außerhalb der Kleidung getragen werden kann. Dafür werden die Haltebügel 61 zu Sitzbügeln 70 umfunktioniert oder ein zusätzliches Trägermaterial, vergleichbar mit einem Sitzgurt, angebracht.
Im nicht arretierten Zustand gestattet das Exoskelett eine ungehinderte
Fortbewegung. Will man am jeweiligen Arbeitsort in einer sitzenden oder hockenden Position verweilen, so nimmt man die gewünschte Position ein und arretiert die Gelenke des Exoskeletts durch einen simplen Handgriff. Ist ein Ortswechsel notwendig, so steht man entweder einfach auf und das System entriegelt sich automatisch, oder es kann manuell entriegelt werden, je nach Ausführung .
Der Drehknopf 38 zur Arretierung befindet sich an einem Gurt 36, wie eine Gürtelschnalle und verfügt über mehrere Funktionen. Einerseits ist ein Druckknopf 37 mittig angebracht, der bei Betätigung die Gelenke 34, die über Seile 75 mit der Arretier-Vorrichtung am Gelenk verbunden sind, sperren, bzw. den Winkel fixieren. Dreht man am äußeren Rand des Drehknopfes 38, so entriegeln sich die Gelenke wieder. Dies erfolgt über einen Sperrmechanismus, siehe Fig . 17, in der Gelenkmechanik 34.
Das Tragegefühl ist dabei vergleichbar mit einer herkömmlichen
Hose, egal ob im arretierten oder im entsperrten Zustand . Der Träger kann dabei auch stehend in einer leicht angelehnten Position verharren, was Gelenke und Muskulatur entlastet, so als würde man sich an eine Wand anlehnen. Durch die Ausführung in Einheitsgröße und variabler Größeneinstellung, dauert die
Einweisung eines neuen Nutzers nur ca. eine Minute.
Um das System an alle Körpergrößen anpassen zu können, ist die Höhe der Streben 58, 71 beliebig einstellbar. Dies erfolgt durch einen Druck an einem bestimmten Druckpunkt an der Mechanik, siehe Fig . 13 und Fig . 14.
Der unkomplizierte Aufbau ohne Batterien oder zusätzliche Energiequellen ermöglicht eine 24 Stunden / 7 Tage Nutzung . Im Vergleich zu gängigen aktiven Systemen, können die Anschaffungskosten dabei enorm reduziert werden.
Exoskelette sind heutzutage ein noch seltener Anblick, was zu einer Ablehnung des Trägers führen könnte. In diesem System ist die Tragestruktur jedoch nicht erkennbar, weil unter der Kleidung 33 verborgen, wodurch Personen eher gewillt sind, es in der Öffentlichkeit zu benutzen. Fig . 1 zeigt den kompletten Aufbau des Exoskeletts in der 3D- Ansicht ohne flexible Textilien.
Fig . 2 zeigt den Tragemechanismus der Mechanik unter der flexiblen Textilie. Das Exoskelett 1 wird unter der Hose 33 angebracht und diese trägt den Anwender.
Fig . 3 zeigt eine vereinfachte kinematische Ansicht der Kräfteeinwirkung . D.h. die Verteilung der Kräfte vom Körper auf die mechanische Struktur 1. Die Last des Anwenders wird beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die flexible Textilie übertragen. Die Textilie wiederum gibt die anfallende Last weiter auf die darunterliegende bzw. damit verbundene mechanische Struktur 1. Bedingt durch die Arretierung der Gelenke wird die Last weiter zum Boden geleitet und führt dadurch zu einer Entlastung des Körpers.
Fig . 4 zeigt die seitliche Ansicht des Exoskeletts 1 und eine vereinfachte Darstellung der Einzelteile. Dargestellt werden mehrere individuell veränderbare Elemente, welche parallel dem anatomischen Knochenbau des Beines folgen und somit an dessen Seite angelegt sind .
Fig . 5 zeigt die seitliche Ansicht des Exoskeletts 1 und eine
Darstellung der Einzelteile in ergonomischer Integralbauausführung 59, 72. Die geschwungenen Einzelteile verfolgen dabei ein organisches Design. Das
Arretiergelenk 34 befindet sich außen auf Höhe des menschlichen Kniegelenks. Die unteren Elemente 72 folgen der Anatomie des Beines und verlaufen seitlich geschwungen über den hinteren Bereich des Unterschenkels bis zum Boden. An diesen Elementen sind Fußschnallen 55 befestigt und es können weitere
Elemente hinzugefügt werden.
Fig . 6 zeigt die dreidimensionale Ansicht des Exoskeletts 1 und eine vereinfachte Darstellung der Einzelteile. Eine hohe Variation im Design ist möglich, solange die mechanische Grundstruktur, bzw. deren Funktionalität erhalten bleiben. Der obere Haltebügel 61 wird über dem Oberschenkel angebracht. Er überträgt die Last auf die restliche Mechanik 1. Die Last des Körpers wird dabei über die flexible Haltvorrichtung, bspw. eine Hose 33 oder ein Sitzgurt 33, übernommen und auf den oberen 61 und unteren Haltebügel 74 weitergeleitet.
Die obere Strebe 58 hält den oberen Haltebügel 61. Dieses besteht aus mehreren Elementen, wodurch sie in der Länge verändert werden kann Fig . 13, Fig . 14, was eine Anpassung an verschiedene Körpergrößen ermöglicht. Im aktivierten Modus Fig. 20 verhindert das Arretiergelenk 34 eine freie
Bewegung der Gelenke des Anwenders. Ist das Arretiergelenk 34 hingegen inaktiv, so kann der Anwender seine Gelenke frei und ohne Behinderung bewegen. Das Arretiergelenk 34 besteht aus dem oberen Gelenkansatz 60, in welchem die Haltefunktion integriert ist, und den Verbindungselementen für die oberen Streben 58/Haltebügel 61. Der obere Gelenkansatz 60 ist mit dem unteren Gelenkansatz 73 verbunden, welcher wiederum über weitere
Verbindungselemente verfügt, um die unteren Streben 71 bzw. Haltebügel 74 zu befestigen.
Die Streben 58, 71 bestehen aus mehreren Elementen, wodurch eine Veränderung ihrer Länge ermöglicht wird und das Exoskelett 1 somit an verschiedene Körpergrößen angepasst werden kann. Des Weiteren können die Fußschnallen 55 und der Stützfuß 86, sowie weitere Funktionselemente an der unteren Strebe 71 befestigt werden.
Die Fußschnallen 55 sind freischwingend und flexibel angebracht.
Durch sie kann das Exoskelett 1 nahe und korrekt am Körper positioniert werden. Ebenso wird durch sie ein unkontrolliertes Schwingen beim Gehen verhindert und eine sichere Positionierung des Standfußes (siehe Fig . 29) auf dem Boden gewährleistet.
Der Stützfuß (siehe Fig . 30) wird am Standbein, also der unteren
Strebe 71 angebracht, dadurch soll ein Umfallen nach hinten verhindert werden. Zusätzlich wird durch die ausfahrbare bzw. ausklappbare Mechanik (siehe Fig . 31) der Schwerpunkt verschoben, was einen besseren Halt beim Sitzen ermöglicht.
Fig . 7 zeigt die dreidimensionale Ansicht des Exoskeletts 1 und eine
Darstellung der Einzelteile in ergonomischer Integralbauausführung. Durch seine Integralbauweise erfüllt der obere ergonomisch geschwungene Haltebügel 59 mehrere Funktionen in einem Bauteil . Er übernimmt die anliegende Last von der flexiblen Haltevorrichtung 33, schafft eine Verbindung zum Arretiergelenk 34 und schützt vor äußerer Krafteinwirkung. Durch die Konstruktion mit weniger
Bauelementen wird eine verbesserte Anwendung, sowie eine vereinfachte Produktion erzielt.
Der untere ergonomisch geschwungene Haltebügel 72 erfüllt mittels Integralbauweise ebenso mehrere Funktionen in einem Bauteil . Er übernimmt die anliegende Last vom unteren Teil der flexiblen Haltevorrichtung 33 und verbindet Arretiergelenk 34, Fußschnallen 55, Standfuß 39 und Stützfuß 86 miteinander. Fig . 8 zeigt die Frontansicht des Haltebügels mit Textilien.
Oberer 61 und unterer Haltebügel 74 bestehen aus einem festen Trageelement, welches oberhalb und/oder unterhalb mit Textilien 35 bestückt wird, welche atmungsaktiv, bequem und nicht reibend für die Haut des Nutzers sind . Der Vorteil der Positionierung oberhalb des Oberschenkels liegt im hohen Komfort, da der Anwender in der flexiblen Haltevorrichtung, wie z. B. einer Hose 33, hängt und sich diese entsprechend des individuellen Körpers formt und dadurch das Auftreten von Druckstellen, wie bei gängigen Sitzbügeln, vermieden wird .
Der obere Haltebügel 61 wird auf dem Oberschenkel und direkt unter der Hose 33 angebracht. Geht der Anwender in eine Sitzhaltung, so wird die Last seines Körpers zuerst auf die flexible Textilie 33 verteilt. Die anliegenden Kräfte auf der Hose 33 werden nun von beiden Haltebügeln 61, 74 übernommen und über die restliche Tragestruktur weiter zum Boden geleitet.
Soll das Exoskelett 1 jedoch unabhängig von der Kleidung des Anwenders angebracht werden, so kann der obere Haltebügel 61 auch separat an der längenverstellbaren oberen Strebe 58 befestigt werden. Er kann dabei so eingestellt werden, dass er entweder oberhalb oder unterhalb des
Oberschenkels, hierbei wird der Haltebügel auch als Sitzbügel 70 verwendet, anliegt. Fig. 9 veranschaulicht diese alternative Anwendung des Haltebügels als Sitzbügel 70.
In beiden Fällen werden zusätzliche flexible Materialien verwendet, um das Exoskelett 1 ohne Hose 33 am Körper zu befestigen.
Fig . 10 zeigt den Haltebügel in ergonomischer
Integralbauausführung.
Fig . 11 zeigt den Haltebügel als Sitzbügel in ergonomischer
Integralbauausführung.
Fig . 12 zeigt den Antirutschpuffer 85 bestehend aus einem schockabsorbierenden Material . Dadurch werden beim Gehen und/oder
Hinsetzen, Exoskelett 1 und Anwender geschont.
Fig . 13 zeigt die längenverstellbare Strebe 58, 71 mittels Pin 40. Um verschiedene Körpergrößen zu unterstützen, können die Streben 58, 71 in der Länger verstellt werden. Per Knopfdruck, auf z. B. einen Pin 40, kann so das Exoskelett 1 schnell an jede beliebige Körpergröße angepasst werden.
Für die Höhenverstellung wird der jeweilige Pin 40 eingedrückt, wodurch ein Verschieben der Strebenelemente 58, 71 und somit deren Anpassung an die jeweilige Größe, ermöglicht wird .
Fig . 14 zeigt die längenverstellbare Strebe 58, 71 mittels Formgebung 41. Durch diese Verzahnung 41 oder eine andere bestimmte
Formgebung 41 verharren die Streben 58, 71 in der eingestellten Länge. Bei Betätigung des Hebels 42 wird der Mechanismus gelöst und es kann eine
Veränderung der Länge vorgenommen werden.
Fig . 15 zeigt eine vereinfachte Darstellung des Arretiergelenks 34 mit Verzahnungsmechanismus. Die Verzahnung und Verriegelung des
Arretiergelenks 34 erfolgt durch versperren der rotatorischen Achse, ähnlich der Funktion einer Ratsche. Das Arretiergelenk 34 besteht dabei aus mehreren Teilen :
Unterer Gelenkansatz 73 mit verzahntem Kopf als Sperrrad 68 zum einrasten der Sperrklinke 65.
Sperrklinke 65 die den unteren Gelenkansatz 73 und damit das Gelenk 34 verriegelt. Dabei ist eine Seite 67 mit Zähnen versehen und die andere 66 glatt. Durch eine Feder 52 wird die Sperrklinke 65 immer in der eingestellten Position gehalten. Durch einen Seilzug-/Hebelmechanismus wird das Gelenk 34 eingerastet oder entrastet, je nach Einstellung am
Auslösemechanismus am Gurt, siehe Fig. 26.
Die Feder 52, die am oberen Gelenkansatz 60 angebracht ist, drückt eine kleine Kugel 56 oder eines Hebels an die Sperrklinke 65 und hält dadurch die eingestellte Position.
Das Zugseil 75 dient der mechanischen Verbindung vom Gurt 36 zum jeweiligen Gelenk 34. Beim Betätigen des Dreh- 38 oder Druckknopfes 37, zieht oder löst die Sperrklinke 65 und der Arretier- oder
Entriegelungsmechanismus wird ausgelöst.
Der obere Gelenkansatz 60 hält die Sperrklinke 65 und die Feder 52 zusammen und verbindet diese über einen frei rotierenden Stift oder eine
Lagerung 43 mit dem unteren Gelenkansatz 73.
Der Entsperrhebel 51 ist an der Sperrklinke 65 angebracht und dient als automatischer Mechanismus zur Entrastung der Arretierung zu sehen in Fig . 20, was beim aufrechten Stand des Nutzers ausgelöst wird . Steht der Anwender auf und wird dadurch der Winkel zwischen oberem 60 und unterem Gelenkansatz 73 kleiner, dann dreht das am unteren Gelenkansatz 73 angebrachte
Führungselement 54 den Entsperrhebel 51 und entriegelt damit die Arretierung. Die automatische Entriegelung kann auch manuell, entweder durch einen
Handgriff am Gelenk 34 oder durch Verstellung des Entsperrhebels 51 aktiviert- bzw. deaktiviert werden.
Das Führungselement 54 dient der automatischen Entriegelung des zuvor arretierten Gelenks zu sehen in Fig . 20. Es kann als ein einfacher runder Stift ausgeführt sein.
Die automatische Entsperrung der Gelenke erfolgt mit Hilfe des Entsperrhebels 51, welcher fest mit der Sperrklinke 65 verbunden ist. Bei aufrechtem Stand (0° Winkel) wird der Entsperrhebel 51 mittels des
Führungselements 54 in Bewegung gesetzt. Diese Bewegung erfolgt in
rotatorischer Form und löst den Kontakt zwischen Sperrklinke 65 und Sperrrad 68 des unteren Gelenkansatzes 73.
Eine weitere Funktion ist das Einstellen der Arretierung und Behalten des gewünschten Winkels, auch während und nach dem aufrechten Stand . Der untere Gelenkansatz 73 ist zunächst frei schwingbar. Wird eine Sitzhaltung eingenommen, arretiert man die Sperrklinke 65 über den Seilzugmechanismus zu sehen in Fig . 28.
Der Kontakt zwischen der Sperrklinke 65 und dem
Arretierungszwischenstück 44 verhindert eine Bewegung bzw. Drehung des unteren Gelenkansatzes 73 über den nun eingestellten Winkel hinaus. Eine freie Bewegung/Drehung vom aufrechten Stand bis zum eingestellten Winkel ist jedoch möglich.
Im nicht arretierten Zustand hält ein Rückstellmechanismus, bspw. eine Feder 52 oder ein Magnet das Arretierungszwischenstück 44 im selben Winkel wie den unteren Gelenkansatz 73 und folgt somit der Positionierung der Gliedmaßen des Anwenders.
Beim Kontakt zwischen dem unteren Gelenkansatz 73 und dem Arretierungszwischenstück 44 kommt es zu einer Dämpfung mittels eines stoßabsorbierenden Materials 49. Dadurch wird die Konstruktion geschont und der Anwender hat ein sanfteres Gefühl beim hinsetzten. Fig . 16 zeigt die vereinfachte Darstellung des Arretiergelenks 34 mit Verzahnungsmechanismus in Explosionsansicht.
Fig . 17 zeigt die Detaillierte Darstellung des Arretiermechanismus in Seitenansicht.
Fig . 18 zeigt die dreidimensionale Ansicht des Entsperrhebels 51 mit
Führungselement 54.
Fig . 19 zeigt die detaillierte Darstellung des
Winkeleinrastmechanismus.
Fig . 20 zeigt die Schnittansicht der Arretiergelenksmechanik im arretierten Zustand .
Fig . 21 zeigt die Explosionsansicht des Arretiergelenks 34 mit Zugseilmechanismus. Dabei handelt es sich um einen auf Zugseilen basierenden mechanischen Aufbau bestehend aus mehreren Teilen :
Der untere Gelenkansatz 73 ist mit der unteren Strebe 71 verbunden. Über eine frei lagernde Verbindung 44 ist diese als Drehgelenk ebenso mit dem oberen Gelenkansatz 60 verbunden. Eine Nut 57 am runden Kopf 45 des unteren Gelenkansatzes 73 dient zur Führung des Zugseils 53. Eine Aussparung 57 bietet Raum für mechanische, elektrische oder
pneumatische/hydraulische Energiespeicher 50 oder eine Kombination von diesen.
Entlang des Bauteils ist ein flexibles und zugfestes Seil/Schnur 53 gespannt. Dieses wird mittels der ersten Feder 63 und der zweiten Feder 64 straff gehalten und ermöglicht es, in Kombination mit dem Sperrschlitten 69, die eingestellte Winkelposition zu halten.
Der Sperrschlitten 69 bewegt sich in einer vordefinierten Führung 46 des oberen Gelenkansatzes 60 und hält im arretierten Zustand das Zugseil 53 und damit den eingestellten Winkel . Zwischen dem aufrechten Stand (Winkel 0°) und dem eingestellten Winkel X (z.B. 90°) können sich der Nutzer bzw. das Gelenk frei bewegen.
Spannfedern 63, 64 dienen zum Straffen des Seils 53 und zurückziehen des Sperrschlittens 69 im nicht arretierten Zustand .
Fig . 22 zeigt die Seitenansicht des Zugseilmechanismus des Arretiergelenkes 34. Wird die Sperrklinke 65 mittels eines Mechanismus, je nach Aufbau, bewegt oder gedreht, verhindert dies ein Verschieben des Sperrschlittens 69, wodurch der Winkel eingestellt wird . Das System wird entriegelt, wenn der Kontakt aufgehoben wird, z. B. durch Drehen des Drehknopfes 38 oder Drücken des Druckknopfes 37 je nach Einstellung .
Die Sperrkl inke 65 ist am oberen Gelenkansatz 60 befestigt und wird mit einer Feder 52 gehalten, sodass entweder das Gelenk gelöst oder arretiert wird, je nach Systemaufbau . Parallel und/oder gegenüber des
Drehpunktes der Sperrklinke 65 befindet sich ein Zugmechanismus 76, der eine Gegenbewegung zur Feder 52 ausgehend vom Gurtmechanismus zu sehen in Fig . 26 ausführt.
Energiespeicher 50, wie bspw. Blattfedern, werden einerseits als Dämpfer genutzt, andererseits dienen sie jedoch auch als Unterstützung beim
Aufstehen . D. h . sie werden beim Setzen gespannt/eingedrückt und beim
Aufstehen wird die gespeicherte Energie wieder freigesetzt.
Der untere Gelenkansatz 73 hat mehrere Funktionen : Verbindung mit der unteren Strebe 71 ; rotatorisches Gelenk im Zusammenspiel mit dem oberen Gelenkansatz 60; Halten und Positionsführung des Seils 53; Federung und zusätzliche Kraftaufbringung beim Aufstehen, mittels Energiespeichern 50, wie bspw. Blattfedern, die sich in der Aussparung 57 des unteren Gelenkansatzes
73 befinden .
Die Führung für den Sperrschlitten 46 am oberen Gelenkansatz 60 kann in verschiedenen Winkeln und Positionen erfolgen, zu sehen in Fig . 23, Fig . 24 und Fig . 25. Darauf kann oberhalb oder unterhalb der Sperrschlitten 69 und die dazugehörige Sperrklinke 65 gesetzt werden . Diese kann wiederum entweder oberhalb oder unterhalb des Sperrschlittens angebracht werden .
Ein Hebelarm 47, bspw. ein Stift, übernimmt die anfallenden Kräfte vom Energiespeicher 50 im unteren Gelenkansatz 73 und überträgt diese auf den oberen 60. Die Krafteinstellung kann variiert werden, indem der Hebelarm 47 in verschiedene Aussparungen 48 platziert wird oder stärkere/schwächere
Energiespeicher 50 eingesetzt werden .
Die Arretierung der Mechanik und die Einstellung des Winkels am Gelenk wird mittels Kontakt zwischen Sperrschlitten 69 und Sperrklinke 65 ausgeführt. Schließt der Kontakt zwischen beiden, so kann sich der
Sperrschlitten 69 nicht mehr bewegen und bestimmt damit den maximal eindrehbaren Winkel des Gelenks. Wird der Kontakt wieder gelöst, so entsperrt die Arretierung und das Gelenk kann wieder jede beliebige Stellung einnehmen . Fig . 23 zeigt die alternative Positionierung der Führung des
Sperrschlittens 46, bei der sich der Sperrschlitten 69 schräg unterhalb der Sperrklinke 65 befindet.
Fig . 24 zeigt die alternative Positionierung der Führung des
Sperrschlittens 46, bei der sich der Sperrschlitten 69 waagrecht oberhalb der Sperrklinke 65 befindet.
Fig . 25 zeigt die alternative Positionierung der Führung des
Sperrschlittens 46, bei der sich der Sperrschlitten 69 waagrecht unterhalb der Sperrklinke 65 befindet.
Fig . 26 zeigt die Gesamtansicht des Arretier- und Lösemechanismus am Gurt 36, der einhändig bedient werden kann. Um den Arretier- oder
Lösemechanismus, siehe Fig . 28, zu aktivieren, sind ein mechanischer Drehknopf 38 und/oder ein Druckknopf 37 am Gurt 36 angebracht. Diese sind mit Zugseilen 76 verbunden, die mechanisch oder elektrisch angezogen bzw. gelöst werden. Diese Zugseile 76 sind mit den jeweiligen Gelenken und deren
Arretiervorrichtungen verbunden. Ein Gurt 36 hält die Bedienelemente 37, 38 am Körper und fixiert die Mechanik 1. Flexible oder feste Verbindungen 78 zu den oberen Streben 58 bzw. Haltebügeln 61, 59 sind ebenso am Gurt 36 angebracht. Diese halten das Exoskelett 1 in der eingestellten Position am Körper.
Fig . 27 zeigt den Querschnitt der Seitenansicht des Auslösemechanismus der Arretierung am Gurt 36. Fig . 28 zeigt die detailliere Frontansicht des
Auslösemechanismus der Arretierung am Gurt 36. Um den Winkel des Gelenks einfach zu arretieren, bzw. zu lösen, wird, je nach Einstellung, entweder zum Arretieren des Gelenks der Drehknopf 38 gedreht und mittels Drücken des Druckknopfes 37 wieder gelöst, oder umgekehrt, der Druckknopf 37 gedrückt damit das Gelenk arretiert, was mittels Drehen des Drehknopfes 38 wieder gelöst werden kann, oder in beiden Fällen ein Druckknopf 37 bzw. Drehknopf 38 verwendet.
Der Drehknopf 38 ist für einen besseren Griff an der Außenseite mit einer Struktur/Noppen 79 versehen. In der inneren Ausbuchtung ist der
Druckknopf 37 angebracht.
Der Druckknopf 37, der als Sperrrad 68 dient, wir mittels einer Rückstellfeder 80 in der Arretierposition gehalten, in der sich die Verzahnungen 81 des Drehknopfes 38 befinden. Drückt man den Druckknopf 37, verschiebt er sich in das Innere des Drehknopfes 38, wo keine Verzahnungen von 81 sind . Dadurch kann sich der Drehknopf 38 wieder in seine Ausgangsstellung zurück bewegen/drehen und, je nach Einstellung, entriegelt oder arretiert das damit verbundene Gelenk.
Verzahnungen 81 zwischen Drehknopf 38 und Druckknopf 37 halten das Zugseil 76 und ermöglichen damit, je nach Funktion, die Arretierung oder Freistellung der Gelenke. Die Verzahnungen 81 erlauben eine Drehung nur in eine Richtung und versperren somit in die andere. Diese Funktionalität lässt sich jedoch auch mit konstruktiven Maßnahmen erreichen, denen eine lineare
Bewegung zugrunde liegt. Statt zu drehen könnte man dann ziehen, drücken oder verschieben.
Die Rückstellfeder 80 hat die Aufgabe den Druckknopf 37 wieder nach außen in den Bereich der Verzahnungen 81 des Drehknopfes 38 zu bewegen.
Fig . 29 zeigt die vereinfachte Darstellung des Standfußes bzw. der Funktionsweise des Stützfußes 86. Dabei wird der Bewegungsablauf des
Stützauslegers 84 dargestellt, der bei Nichtbelastung eingefahren ist.
Fig . 30 zeigt die vereinfachte Darstellung des Standfußes bzw. die Funktionsweise des Stützfußes 86. Dabei wird veranschaulicht, wie der
Stützausleger 84 beim Belasten der Mechanik ausfährt.
Fig . 31 zeigt die dreidimensionale Ansicht der Kinematik des
Aufbaus des optionalen Stützfußes 86. Der Standfuß 39 gibt die anfallende Last des Körpers, die über die Mechanik bzw. das Exoskelett 1 aufgenommen wurde auf den Boden, ab. Am untersten Ende befindet sich ein Dämpfer aus Gummi bzw. anderen stoßabsorbierenden Materiealien.
Berührt der Standfuß 39 den Boden, bzw. wird die Mechanik darauf aufgestellt und belastet, so fährt hinter dem menschlichen Fuß ein mechanischer Stützausleger 84 aus. Dies kann rotatorisch und/oder translatorisch von oben nach unten, von unten nach oben oder seitlich erfolgen. Dadurch wird der Schwerpunkt weiter in die Mitte versetzt, wodurch ein mögliches Umfallen nach hinten unterbunden werden soll.
Fig . 32 zeigt die Schnittansicht der Kinematik des Aufbaues des optionalen Stützfußes 86. Dieser besteht aus zwei Bauelementen, dem Standfuß 39 und der Standvorrichtung 82, die sich ineinander bewegen können. Drückt sich der Standfuß 39 in die Standvorrichtung 82, wird die integrierte Feder 83 gestaucht. Beim Eindrücken fährt der Stützausleger 84 über eine vorgesehene Kinematik aus. Die Bewegung erfolgt translatorisch und/oder rotatorisch bis der Stützausleger 84 den Boden erreicht und somit als erweiterte Standvorrichtung für das Exoskelett 1 dient. Am untersten Ende der Konstruktion sind
stoßabsorbierende Elemente angebracht.

Claims

Ansprüche
1. Exoskelett, insbesondere passives Exoskelett, aufweisend eine mechanische Struktur (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Struktur (1) derart zum Tragen unter einer flexiblen Textilie,
insbesondere unter einer Hose (33) eines Anwenders ausgebildet ist, dass die Last des Anwenders beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die Textilie übertragen wird, die den Anwender trägt, und die Textilie die anfallende Last auf die darunterliegende mechanische Struktur (1) weitergibt.
2. Exoskelett nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die mechanische Struktur (1) einen oberen Haltebügel (61; 59) aufweist, der zum vorderseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Oberschenkels des Anwenders, insbesondere verlaufend von der äußeren Seite des
Oberschenkels hin zur Vorderseite des Oberschenkels ausgebildet ist.
3. Exoskelett nach Anspruch 2, dadurch kennzeichnet,
dass die mechanische Struktur (1) einen unteren Haltebügel (74; 72) aufweist, der zum hinterseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Unterschenkels des Anwenders, insbesondere verlaufend von der äußeren Seite des
Unterschenkels hin zur Hinterseite des Unterschenkels ausgebildet ist.
4. Exoskelett gemäß den Ansprüchen 2 und 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die mechanische Struktur (1) ein Arretiergelenk (34) aufweist, das den oberen Haltebügel (61; 59) mit dem unteren Haltebügel (74; 72) gelenkig verbindet, und das Arretiergelenk (34) seitlich korrespondierend zu einem Kniegelenks des Anwenders positioniert ist, insbesondere rechts außen neben dem rechten Kniegelenk und / oder links außen neben dem linken
Kniegelenk.
5. Exoskelett gemäß Anspruch 4, wobei der obere Haltebügel (59) und / oder der untere Haltebügel (72) in ergonomischer Integralbauweise ausgebildet sind .
6. Exoskelett gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine, bevorzugt röhren-, Stangen- oder stabförmig ausgebildete, obere Strebe (58) vorgesehen ist, die den oberen Haltebügels (61) hält.
7. Exoskelett nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Strebe (58) in ihrer Länge veränderbar ausgebildet ist.
8. Exoskelett nach einem der Ansprüche 5 - 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die obere Strebe (58) mit einem oberen Gelenksansatz (60) des Arretiergelenks (34) verbunden ist.
9. Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine, bevorzugt röhren-, Stangen- oder stabförmig ausgebildete, untere Strebe (71) vorgesehen ist, die den unteren Haltebügel (74) hält.
10. Exoskelett nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Strebe (58) in ihrer Länge veränderbar ausgebildet ist.
11. Exoskelett nach einem der Ansprüche 9 - 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die untere Strebe (71) mit einem unteren Gelenksansatz (73) des Arretiergelenks (34) verbunden ist.
12. Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der unteren Bereich der Struktur (1) eine Fußschnalle (55) aufweist.
13. Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1) an ihrem unteren Ende einen Stützfuß (86) aufweist, der derart ausgebildet ist, dass bei Bodenberührung und
Lasteinwirkung hinter dem Fuß des Anwenders ein Stützausleger (84) ausfährt.
14. Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 - 13, wobei das Arretiergelenk (34) derart ausgebildet ist, dass es in einem aktivierten Modus zum Begrenzen der freien Bewegung des Kniegelenks des Anwenders ausgebildet ist.
15 . Exoskelett nach Ansprüche 14, wobei das Arretiergelenk (34) derart ausgebildet ist, dass es in einem inaktiven Modus eine freie Bewegung des Kniegelenks des Anwenders ermöglicht.
16. Exoskelett nach einem der Ansprüche 14 bis 15, wobei das
Arretiergelenk (34) als Arretiervorrichtung einen Verzahnungsmechanismus oder einen Zugseilmechanismus aufweist, der eine Sperrklinke zur Realisierung des aktivierten Modus aufweist.
17. Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche 2- 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1) für jedes Bein des Anwenders separat vorgesehen ist.
18. Exoskelett nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Haltebügel (61; 59) derart gegeneinander austauschbar ausgebildet sind, dass sie nach im ausgetauschten Zustand zum hinterseitigen Umfassen von zumindest einem Teil des Oberschenkels des Anwenders dienen.
19. Exoskelett nach einem der Ansprüche 4 - 18, dadurch
gekennzeichnet, dass ein funktionaler Dreh- (38) oder Druckknopf (37) zum Aktivieren bzw. Deaktivieren des Arretiergelenks (34) vorgesehen ist und der funktionale Dreh- (38) Druckknopf (37) mit Hilfe eines Zugmechanismus bzw. Zugseils (76) mit dem Arretiergelenk (34) und dessen Arretiervorrichtung verbunden ist.
20. Exoskelett nach Anspruch 4 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreh- (38) / Druckknopf (37) zur Einhand-Bedienung ausgebildet ist.
21 Exoskelett nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gurt (36) vorgesehen ist, der das Exoskelett in einer voreingestellten Position am Körper des Anwenders hält, insbesondere ist die obere Strebe (58) bzw. der obere Haltebügel (61; 59) mit Hilfe einer flexiblen oder festen Verbindung (78) am Gurt, besonders bevorzugt in seitlicher Position am Körper des Anwenders, angebracht.
22. Exoskelett nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurt (36) den Dreh- (38) Druckknopf (37) nach einem der Ansprüche 19 - 21 am Körper des Anwenders befestigt, bevorzugt an dessen Hüfte, besonders bevorzugt in zentraler Position, ganz besonders bevorzugt in seitlicher Position am Körper des Anwenders lokalisiert.
23. Verwendung eines Exoskeletts, insbesondere eines passiven
Exoskeletts, aufweisend eine mechanische Struktur (1) unter einer flexiblen Textilie, insbesondere einer Hose (33) eines Anwenders, sodass die Last des Anwenders beim Sitzen bzw. Hocken von den Beinen auf die Textilie übertragen wird, die den Anwender trägt, und die Textilie die anfallende Last auf die darunterliegende mechanische Struktur (1) weitergibt.
24. Verwendung eines Exoskeletts gemäß Anspruch 23, wobei die Last zuerst auf die Textilie, insbesondere Hose (33), verteilt wird und die anliegenden Kräfte auf der Textilie, insbesondere Hose (33), werden nun von zwei
Haltebügeln (61, 74; 59, 72) übernommen und über die restliche Struktur (1) weiter zum Boden geleitet.
25 Verwendung nach Anspruch 24, wobei zwischen einem oberen
Haltebügel (61; 59) und einem unteren Haltebügel (74; 72) ein Arretiergelenk (34) vorgesehen ist, dessen Position seitlich von einem Knie des Anwenders lokalisiert ist, und bedingt durch die Arretierung des Arretiergelenks (34) die Last weiter zum Boden geleitet wird, sodass der Körper des Anwenders entlastet ist.
26. Verwendung nach einem der Ansprüche 23 - 25,
- wobei ein oberer Haltebügel (61; 59) über dem Oberschenkel des Anwenders angebracht ist, und
- wobei optional ein unterer Haltebügel (74; 72) hinter dem Unterschenkel des Anwenders angebracht ist, und
- wobei die Last des Körpers des Anwenders über die Hose (33) übernommen WO 2018/219863 _,c PCT/EP2018/063927
- b - wird und auf den oberen Haltebügel (61; 59) und auf den optionalen unteren Haltebügel (74;72) weitergeleitet wird .
27. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche 23 - 26, wobei das Exoskelett gemäß einem der Ansprüche 1 - 21 ausgebildet ist.
PCT/EP2018/063927 2017-05-30 2018-05-28 Exoskelett zur entlastung des körpers WO2018219863A1 (de)

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